§3.5 超导体的电磁性质.

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1 §3.5 超导体的电磁性质

2 超导电性 1911年，昂内斯发现超导现象 1986年，高温超导取得突破 超导电性：电阻率为零，电导率为无穷大
当温度下降到某临界温度之下，物质的电阻率突然下降至零，对汞， 20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。     1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后研制成临界温度约为90K的超导材料YBCO（钇铋铜氧）。     1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人类终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。这类超导体由于其临界温度在液氮温度（77K）以上，因此被称为高温超导体。     自从高温超导材料发现以后，一阵超导热席卷了全球。科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K，汞系化合物超导材料的临界温度则高达135K。如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达到难以置信的164K。     1997年，研究人员发现，金铟合金在接近绝对零度时既是超导体同时也是磁体。1999年科学家发现钌铜化合物在45K时具有超导电性。由于该化合物独特的晶体结构，它在计算机数据存储中的应用潜力将是非常巨大的。 失超 超导相 临界温度与外加磁场相关，或曰临界磁场与温度相关

3 Meissner 效应 与外加磁场过程无关，若物质内部有磁场，则进入超导相后，磁场排出 外磁场必须小于临界磁场
正常相 超导相 Meissner效应与超导电性是相互独立的效应 注意，我们用B来描述Meissner效应，而不用H。因为H是与模型相关的辅助量，即将介质对电磁场响应的部分归纳到其中。 Meissner效应是1933年发现的。

4 超导化合物 1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧 的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4（陶瓷性金属氧化物通常
是绝缘物质），其临界温度约为35K 高温超导体通常是指在液氮温度（77 K）以上超导的材料。 高温超导体包括四大类： 90K的稀土系，110K的铋系，125K的铊系，和135K的汞系。 它们都含有铜和氧，因此也总称为铜氧基超导体。 20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。     1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后研制成临界温度约为90K的超导材料YBCO（钇铋铜氧）。     1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人类终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。这类超导体由于其临界温度在液氮温度（77K）以上，因此被称为高温超导体。     自从高温超导材料发现以后，一阵超导热席卷了全球。科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K，汞系化合物超导材料的临界温度则高达135K。如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达到难以置信的164K。     1997年，研究人员发现，金铟合金在接近绝对零度时既是超导体同时也是磁体。1999年科学家发现钌铜化合物在45K时具有超导电性。由于该化合物独特的晶体结构，它在计算机数据存储中的应用潜力将是非常巨大的。 铁基超导体： LaOFeAs掺杂（掺F）材料具有超导性，临界温度26K． La可以替代为Sm、Sr、Pr、Ce、 Nd、 Eu、Gd等其他稀土元素，Fe可以替代为Ni、Ru。在SmOFFeAs中发现临界温度40K以上。

5 和超导有关的Nobel物理学奖 1913年，开默林－昂内斯获诺贝尔物理学奖
1972年，J.巴丁、 L.N.库珀、 J.R.斯莱弗提出BCS理论的超导性理论，获诺贝尔物理学奖 1973年，B.D.约瑟夫森关于固体中隧道现象的发现，从理论上预言了超导电流能够通过隧道阻挡层(即约瑟夫森效应)， I.迦埃弗 美国 从实验上发现超导体中的隧道效应，江崎岭于奈从实验上发现半导体中的隧道效应，获度诺贝尔物理学奖。

6 1987年，柏诺兹和缪勒发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K，获诺贝尔物理学奖。
1996年，戴维.李 、奥谢罗夫、 R.C. 里查森发现氦-3中的超流动性获诺贝尔物理学奖。 2003年，阿列克赛·阿布里科索夫(Alexei A. Abrikosov)，安东尼·莱格特(Anthony J. Leggett) 、维塔利·金茨堡(Vitaly L. Ginzburg) ，因在超导和超流体领域中作出的开创性贡献，获诺贝尔物理学奖。

7 伦敦第一方程 超导体中: 伦敦第一方程: 双流体唯象理论。 稳态情况: 无电场时仍可以存在电流，超导电流 超导电流完全来源于超导电子的贡献

8 伦敦第二方程 若超导体中的电流产生的磁场总是抵消外加磁场，则可以解释 Meissner效应 伦敦第二方程: 与方程 联立
与方程 联立 扩散方程，一维情况的解为： 称为穿透深度 超导体 超导体内部磁场指数衰减，若穿透深度很小，即可以解释 Meissner 效应

9 超导体表面电流 超导体内部磁感应强度为零，超导电流是表面电流 超导体表面电流与外表面（真空）磁场关系 ♨ 超导体表面磁场平行于表面: ♨

10 超导体是完全抗磁体 可以将超导电流视为磁化电流,超导体视为磁介质 或 超导体是完全抗磁体，超导电流源于外加磁场
两种描述方式：（1)超导电流为自由电流，磁导率 （2)超导电流为磁化电流，磁导率

11 磁通量子化 诱导的环面超导电流维持磁通不变

12 超导磁体 超导体环可以构成磁体 加外磁场 超导磁体 正常相

13 超导体应用前景 1、强电应用 超导磁体 超导悬浮 2、弱电方面 超导量子干涉仪 (SQUID) 超导微波器件 超导计算机